运放负反馈

????学习记录所使用书籍为西安交通大学杨建国教授著《新概念模拟电路》，可在ADI官网下载PDF版学习。

?运算放大器，英文为 Operational Amplifier，简写 OA 或 OPA，中文简称为运放。

?理想运算放大器如图所示，它具有两个差分的输入端和，一个单端 输出端 ，它们之间具有如下关系： = ( ? )

其中， ?称为运算放大器的开环电压增益（ 代表增益，u 代表电压，o 代表 open，区别 于后面要使用的负反馈形成的闭环增益 ）。

理想运算放大器具有如下主要特点：

1） 足够大，一般用无穷大∞表示。它的下限截止频率为 0，上限截止频率为∞。

2） 两个输入端均具有无穷大的输入阻抗，即流进或者流出 u+和 u-的电流始终为 0。

3） 输出端输出阻抗为 0。

4）始终遵循式 = ( ? )。

负反馈理论

反馈的定义

? ? 反馈的英文为 feedback，feed 是喂养、提供的意思，从字面理解，feedback 是将输出倒送到输入的意思。我国台湾地区将 feedback 译为“回授”。 在现实生活中，我们广泛应用到反馈这个词。 在电学系统中，将输出信号通过某种方式，回送到输入环节，和原输入信号合并形成 净输入信号，或者单独作为输入信号，进而影响输入输出性能的举措，称为反馈。（PID控制理论就是很好的例子）

? ? 图 Section58-1 是一个理想运放组成的开环系统，它的输出没有回送到输入环节。图 Section58-2 是一个典型的负反馈电路，它通过两个电阻分压，将输出信号的一部分(1/50) 回送到了输入环节的负输入端，进而达到了整个电路的电压增益为 50 倍的效果。Section58-3 则是一个没有输入信号的反馈系统，输出信号经过一个函数处理——可以是放大、衰减，或者指数运算、对数运算等等——回送到了运放的正输入端，作为单独的输入信号。

正反馈和负反馈

????反馈分为正反馈和负反馈两种。 当输出信号发生某个方向的变化，此称为变化根源。变化根源回送到输入端后，会再 次引起输出信号变化，此称为二次变化。如果二次变化与变化根源具有相同的方向，则属 于正反馈。如果二次变化与变化根源具有相反的方向，则属于负反馈。 正反馈的作用类似于推波助澜，会加剧变化过程。负反馈的作用是稳定。 图 Section58-2 电路中，假设输出的变化为正向（此为变化根源），则分压后在理想运 放的𝑢?端，变化也是正向，一个正向变化信号加载到理想运放的𝑢?端，则输出一定会产生 负向变化（此为二次变化），即二次变化与变化根源方向相反，它属于负反馈。图 Section58-3 中，反馈环节为一个函数 f，如果这个函数曲线工作在 1、3 象限且单调，则函 数本身的输入和输出是同向的，此电路为正反馈；如果函数曲线工作在 2、4 象限且单调， 此电路是负反馈。?

反馈环路

? ? 认识反馈电路，核心在于发现其中的反馈环路(Loop)。所谓的环路，就是从输出—— 输入——输出的电路路径，它是封闭的。环路的存在，客观上诠释了反馈的定义：没有环 路，就没有反馈，只要有反馈，就一定存在环路。

? ? 图 Section59-1 和-2 中，绿色的信号路径是输入信号，而红色的则是反馈环路。你可 以这么理解：信号刚加载到放大电路中，第一次走的是信号路径，到达输出后，就开始在红色的反馈环路中兜圈子。

? ? 找寻反馈环路的方法很简单：先找到输出端，然后向回找，找到回到核心放大器输入 端的位置，再由核心放大器找到输出端，就形成了环路。?

环路极性法判断正反馈和负反馈

认识反馈电路的第二步，就是准确判断它的反馈极性：它是正反馈还是负反馈。

在一个原本开环的电路中，引入负反馈和引入正反馈，效果截然不同：负反馈能够实 现更加稳定的放大，使得放大器具有更加优越的性能，广泛应用于放大器；而正反馈一般 用于产生自激振荡，广泛应用于信号发生电路中。

前面我们已经初步得到了一些结论：正反馈的效果是推波助澜，核心词是“越来越”； 负反馈的作用和核心词都是“稳定”。但是，这只是比较“感性”的结论，我们需要更理性的方 法。在电路中，利用环路极性法，可以准确判断反馈的极性。

环路极性法的步骤为：

1） 找到反馈环路。

2） 在反馈环路中任意确定一个节点 A。

3） 在节点 A 处假设存在一个正的变化量，用○+ 表示。

4）沿着反馈环路，让这个变化量依次行进，每过一个关键节点，对变化量方向进行 判断并标注，用○+ 表示正变化量，用○- 表示负变化量，用○0 表示没有变化量。

?5）等这个行进过程再次回到 A 点时，如果变化量仍是○+ ，则表明反馈的作用是赞成 初始的变化，起到了推波助澜的作用，属于正反馈。如果变化量为○- ，则表明反 馈的作用是反对初始的变化，起到了唱反调的作用，属于负反馈。如果变化量为 ○0 ，则表明反馈环路被打断，不存在反馈。

举例 1：光电放大器照射强 度发生变化时，流过它的电流和它的两端电压降都会发生变化。这就导致场效应管门极电 压发生变化（此谓待测信号）。场效应管组成了一个高输入电阻的共漏极放大电路：门极入、 源极

? ? 图 Section59-4 是一个光电感应放大器，图中的二极管是光电二极管，当光线出，电压增益接近于 1。源极输出电压输入到运放 LT6200 的反相输入端（即 u-端）， 引起运放输出电压变化。这就是无反馈的信号流向图。

? ? 图中的 RF、CF 组成反馈支路，将输出信号回送到了晶体管的门极，然后兜圈子，就形 成了如图所示的反馈环路。判断反馈极性方法为：在 LT6200 输出端设定一个变化量○+ ，

信号行进到场效应管门极时，仍为○+ （该点电位类似于两个电阻分压，源头增大，则分压 点也增大）。由于共漏极放大器是同相放大，因此门极增大，则源极也增大，为○+ ，运放负 输入端为○+ ，输出则为○- 。这样信号又回到了输出端，两个变化方向刚好相反，这属于负 反馈。

? ? ?图中使用一个方框将初始的设定变化方向和兜一圈后的变化方向框在一起，方便最后?的判断。

负反馈放大电路的方框图分析法

利用方框图法求解电路